[发明专利]空间结构的大范围高精度二维伺服跟踪系统

说明书

技术领域

本发明涉及空间结构的大范围高精度二维伺服跟踪系统，属于空间结构微低重力模拟 技术领域。

背景技术

开展深空探测对提高一个国家在国际上的威望以及维护其在国际外太空事物中的权 益具有巨大政治意义，同时也可促进国家科技的发展。空间结构在发射前需要在地面进行 运动试验，而空间结构的设计工作环境多为微低重力环境，因此需要一套微低重力模拟系 统以满足空间结构微低重力模拟试验的需要。目前，常用的微低重力模拟方式包括悬吊式、 气浮式、落塔式和水浮式等方法，其中悬吊式更适用于长期且多维的微低重力模拟系统。 悬吊式微低重力模拟系统通常由一套恒拉力系统和一套二维跟踪系统所组成。恒拉力系统 通过绳索吊拉目标空间结构，从而抵消其一部分重量实现微低重力的模拟。二维跟踪系统 对目标空间结构进行水平面内的二维伺服跟踪，以保证吊索的铅垂。

目前，大范围的二维跟踪系统多采用二维天车来实现。二维天车具有行程大和承载大 等优点，但其重量大且控制响应慢等缺点使其很难实现快响应且高精度的伺服跟踪控制。 二维跟踪平台能够实现快响应且高精度的伺服跟踪控制，但是其运动行程很难满足大范围 运动的行程要求。

发明内容

本发明目的是为了解决现有空间结构的跟踪系统不能同时实现大行程且高精度的模 拟跟踪的问题，提供了一种空间结构的大范围高精度二维伺服跟踪系统。

本发明所述空间结构的大范围高精度二维伺服跟踪系统，它包括二维运动天车和二维 跟踪平台，它还包括CCD测量相机、测量标志器和地面测控台；二维运动天车包括天车 X向运动系统和天车Y向运动系统，二维跟踪平台包括X向跟踪平台和Y向跟踪平台；

二维运动天车的横梁作为天车Y向运动系统，天车X向运动系统通过导轨安装在天 车Y向运动系统的下表面上；二维跟踪平台连接在天车X向运动系统上，并且二维跟踪 平台上的X轴导轨滑动连接X向跟踪平台，二维跟踪平台上的Y轴导轨滑动连接Y向跟 踪平台；天车Y向运动系统、天车X向运动系统、Y向跟踪平台和X向跟踪平台由上至 下依次对应布置；

X向跟踪平台在对应于待跟踪空间结构的一侧固定CCD测量相机，测量标志器固定 在待跟踪空间结构上，

CCD测量相机用于采集测量标志器的位置图像，CCD测量相机的图像信号传输给地 面测控台；

地面测控台根据接收的图像信号计算获得当前二维跟踪平台与待跟踪空间结构之间 的相对位置信息；地面测控台的测控计算机根据相对位置信息通过模糊控制驱动天车X 向运动系统和天车Y向运动系统运动；地面测控台的测控计算机根据相对位置信息通过 比例微分控制驱动X向跟踪平台和Y向跟踪平台运动。

测量标志器由多个红外LED光源、锂电池和铝制框架组成，铝制框架固定在待跟踪 空间结构上，多个红外LED光源固定在铝制框架上，多个红外LED光源由锂电池供电。

本发明的优点：本发明将大范围运动天车和二维跟踪平台结合形成两级伺服控制方 案，通过CCD相机对空间结构进行非接触测量得到相对位置信息，再分别通过模糊控制 和比例微分控制产生控制信号驱动天车及跟踪平台运动，实现对目标空间结构的大范围高 精度二维伺服跟踪，从而配合恒拉力系统实现空间结构的地面微低重力模拟。本发明涉及 了视觉测量技术及位置伺服控制技术。将大范围运动天车和高精度跟踪平台有机的结合起 来，天车采用模糊控制方法实现大范围但低精度的控制，跟踪平台在天车粗控的基础上采 用比例微分控制实现高精度高响应的跟踪控制，从而实现对目标空间结构的大范围高精度 二维伺服跟踪。

附图说明

图1是本发明所述空间结构的大范围高精度二维伺服跟踪系统的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述空间结构的大范围 高精度二维伺服跟踪系统，它包括二维运动天车和二维跟踪平台，它还包括CCD测量相 机1、测量标志器2和地面测控台3；二维运动天车包括天车X向运动系统4和天车Y向 运动系统5，二维跟踪平台包括X向跟踪平台6和Y向跟踪平台7；